GMAC网卡相关介绍与分析

GMAC网卡相关介绍与分析

环境描述

MII

MII共16根线，数据位宽4（tx rx各4根信号线），TX_CLK RX_CLK均是PHY提供的。

TX_ER(Transmit Error)：发送数据错误提示信号，同步于TX_CLK，高电平有效，表示TX_ER有效期内传输的数据无效。对于10Mbps速率下，TX_ER不起作用；

TX_EN(Transmit Enable)：发送使能信号，只有在TX_EN有效期内传的数据才有效；

TX_CLK：发送参考时钟，100Mbps速率下，时钟频率为25MHz，10Mbps速率下，时钟频率为2.5MHz。注意，TX_CLK时钟的方向是从PHY侧指向MAC侧的，因此此时钟是由PHY提供的。

TXD(Transmit Data)[3:0]：数据发送信号，共4根信号线；

RX_ER(Receive Error)：接收数据错误提示信号，同步于RX_CLK，高电平有效，表示RX_ER有效期内传输的数据无效。对于10Mbps速率下，RX_ER不起作用；

RX_DV(Reveive Data Valid)：接收数据有效信号，作用类型于发送通道的TX_EN；

RXD(Receive Data)[3:0]：数据接收信号，共4根信号线；

RX_CLK：接收数据参考时钟，100Mbps速率下，时钟频率为25MHz，10Mbps速率下，时钟频率为2.5MHz。RX_CLK也是由PHY侧提供的。

CRS：Carrier Sense，载波侦测信号，不需要同步于参考时钟，只要有数据传输，CRS就有效，另外，CRS只有PHY在半双工模式下有效；

COL：Collision Detectd，冲突检测信号，不需要同步于参考时钟，只有PHY在半双工模式下有效。

MII接口一共有16根线。

RMII

RMII即 Reduced MII，是MII的简化板，共8根线，数据位宽2。

CLK_REF：是由外部时钟源提供的50MHz参考时钟，与MII接口不同，MII接口中的接收时钟和发送时钟是分开的，而且都是由PHY芯片提供给MAC芯片的。这里需要注意的是，由于数据接收时钟是由外部晶振提供而不是由载波信号提取的，所以在PHY层芯片内的数据接收部分需要设计一个FIFO，用来协调两个不同的时钟,在发送接收的数据时提供缓冲。PHY层芯片的发送部分则不需要FIFO，它直接将接收到的数据发送到MAC就可以了。

GMII

同MII,但数据位宽8位，共24根信号线，其中GTX_CLK由MAC侧提供，大多数GMII兼容MII。

RGMII

phy 如果工作在含有RGMII 接口的模式，按照业内惯例，tx clk delay 由MAC 来完成；rx clk delay 由phy 来完成。所以一般PHY芯片的rx clk delay默认是 2ns， tx clk delay默认是750ps。

来源https://blog.csdn.net/fangye945a/article/details/121109158

RGMII即Reduced GMII，是GMII的简化版本，共14根信号线，位宽为4，该时钟上升沿下降沿均采集数据。

SGMII

SGMII即Serial GMII，串行GMII，收发各一对差分信号线，时钟频率625MHz，在时钟信号的上升沿和下降沿均采样，参考时钟RX_CLK由PHY提供，是可选的，主要用于MAC侧没有时钟的情况，一般情况下，RX_CLK不使用。收发都可以从数据中恢复出时钟。大多数MAC芯片的SGMII接口都可以配置成SerDes接口(在物理上完全兼容，只需配置寄存器即可)，直接外接光模块，而不需要PHY层芯片，此时时钟速率仍旧是625MHz。

GMAC网卡信息获取方法

获取GMAC网卡信息

 xqzhang@greatwall:~$ sudo find /sys/ -name "*stmmac*"

/sys/bus/platform/drivers/stmmaceth

/sys/bus/mdio_bus/devices/stmmac-0:04

/sys/bus/mdio_bus/drivers/Atheros 8035 ethernet/stmmac-0:04

/sys/devices/platform/FTGM0001:00/mdio_bus/stmmac-0

/sys/devices/platform/FTGM0001:00/mdio_bus/stmmac-0/stmmac-0:04

/sys/class/mdio_bus/stmmac-0

/sys/kernel/debug/stmmaceth

/sys/module/dwmac_generic/drivers/platform:stmmaceth

/sys/module/stmmac

/sys/module/stmmac/holders/stmmac_platform

/sys/module/stmmac_platform

由上述信息可知，phy驱动为Atheros 8035 ethernet，该设备为平台设备，设备目录为/sys/devices/platform/FTGM0001:00/

查看PHY工作接口模式

cat /sys/devices/platform/FTGM0001:00/mdio_bus/stmmac-0/stmmac-0:04/phy_interface

rgmii

获取PHY ID

cat /sys/devices/platform/FTGM0001\:00/mdio_bus/stmmac-0/stmmac-0\:04/phy_id

0x004dd072

MAC芯片

读写MAC寄存器的方法

devmem2: https://gitee.com/Lematin_SZ/ARM_Linux_Debug_Tools/blob/master/devmem2/devmem2.c

Usage:  devmem2 { address } [ type [ data ] ]

        address : memory address to act upon

        type    : access operation type : [b]yte, [h]alfword, [w]ord

        data    : data to be written

对于FT2000/4核，MAC芯片是包含在CPU核内的，因此根据FT-2000／4+软件编程手册.pdf手册可以拿到MAC芯片的物理地址，用户态直接映射该物理地址可直接进行读写。

此外该物理地址也可以从设备树 ACPI固件中读取。

读MAC寄存器

读mac地址0寄存器

xqzhang@greatwall:~$ ifconfig enaftgm1i0

enaftgm1i0 Link encap:以太网  硬件地址 00:07:3e:9a:79:d6

          inet 地址:172.25.83.26  广播:172.25.87.255  掩码:255.255.248.0

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x40))  h

[sudo] xqzhang 的密码：

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7fabbb3000.

Value at address 0x2820C040 (0x7fabbb3040): 0xD679

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x44))  h

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7f974b8000.

Value at address 0x2820C044 (0x7f974b8044): 0x700

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x46))  h

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7fa3e7c000.

Value at address 0x2820C046 (0x7fa3e7c046): 0x9A3E

写MAC寄存器

写0x48寄存器

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x48))  h 0x0001

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7f9e52e000.

Value at address 0x2820C048 (0x7f9e52e048): 0xFFFF

Written 0x1; readback 0x1

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x48))  h

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7facc88000.

Value at address 0x2820C048 (0x7facc88048): 0x1

MAC环回配置

环回寄存器在MAC控制寄存器0第12bit.

读mac控制寄存器

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x0))  w

[sudo] xqzhang 的密码：

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7f855a9000.

Value at address 0x2820C000 (0x7f855a9000): 0x614C8C

xqzhang@greatwall:~$ 0000 0000 1010 0001 0100 1100 1000 1100

配置bit12为1

xqzhang@greatwall:~$ sudo devmem2 $((0x0002820C000+0x0))  w 0x615c8c

/dev/mem opened.

Memory mapped at address 0x7f9b982000.

Value at address 0x2820C000 (0x7f9b982000): 0x614C8C

Written 0x615C8C; readback 0x615C8C

arp配置不存在的ip MAC地址为本机MAC，注意该mac地址必须与mac芯片的mac一致

sudo arp -s 172.25.82.241 00:07:3e:9a:79:d6

抓包并用ping验证

PHY芯片

CPU读写phy方法（待更新）

mdio读写phy寄存器

phytool: https://github.com/wkz/phytool.git 该方式需要网卡驱动提供支持

phytool read  IFACE/ADDR/REG

phytool write IFACE/ADDR/REG <0-0xffff>

phytool print IFACE/ADDR[/REG]

Clause 22:

ADDR := <0-0x1f>

REG  := <0-0x1f>

Clause 45 (not supported by all MDIO drivers):

ADDR := PORT:DEV

PORT := <0-0x1f>

DEV  := <0-0x1f>

REG  := <0-0xffff>

其中ADDR的获取方式可参考获取GMAC网卡信息章节，或者使用如下命令获取ethtool enaftgm1i0 | grep PHYAD

xqzhang@greatwall:/sys/devices/platform/FTGM0001:00$ ethtool  enaftgm1i0  | grep PHYAD

        PHYAD: 4

读phy设备基础信息

xqzhang@greatwall:~/phytool$ sudo ./phytool enaftgm1i0/00:04/

ieee-phy: id:0x004dd072

   ieee-phy: reg:BMCR(0x00) val:0x1000

      flags:          -reset -loopback +aneg-enable -power-down -isolate -aneg-restart -collision-test

      speed:          10-half

   ieee-phy: reg:BMSR(0x01) val:0x796d

      capabilities:   -100-b4 +100-f +100-h +10-f +10-h -100-t2-f -100-t2-h

      flags:          +ext-status +aneg-complete -remote-fault +aneg-capable +link -jabber +ext-register

xqzhang@greatwall:~/phytool$ sudo ./phytool enaftgm1i0/0x4/

ieee-phy: id:0x004dd072

   ieee-phy: reg:BMCR(0x00) val:0x1000

      flags:          -reset -loopback +aneg-enable -power-down -isolate -aneg-restart -collision-test

      speed:          10-half

   ieee-phy: reg:BMSR(0x01) val:0x796d

      capabilities:   -100-b4 +100-f +100-h +10-f +10-h -100-t2-f -100-t2-h

      flags:          +ext-status +aneg-complete -remote-fault +aneg-capable +link -jabber +ext-register

读PHY设备寄存器

xqzhang@greatwall:~/phytool$ sudo ./phytool read enaftgm1i0/0x04/0x02

ieee-phy: reg:0x02 val:0x004d

xqzhang@greatwall:~/phytool$ sudo ./phytool read enaftgm1i0/0x4/0x03

ieee-phy: reg:0x03 val:0xd072

写PHY设备寄存器

root@greatwall:/home/xqzhang/phytool# sudo ./phytool write  enaftgm1i0/0x04/0x04 0x1de1

root@greatwall:/home/xqzhang/phytool# sudo ./phytool read enaftgm1i0/0x04/0x04

ieee-phy: reg:0x04 val:0x1de1

Atheros 8035 强制千兆百兆十兆配置方式

首先需要bit12=0关闭自协商，然后根据bit6 bit13强制配置速率。

千兆配置sudo ./phytool write enaftgm1i0/0x4/0x0 0x0140

百兆配置sudo ./phytool write enaftgm1i0/0x4/0x0 0x2100

十兆配置sudo ./phytool write enaftgm1i0/0x4/0x0 0x0100

实际测试强制千兆无法up，百兆千兆需要等很久才能ping通。

PHY环回配置

环回寄存器在phy控制寄存器0第14bit.

10M 速率环回

sudo ./phytool write enaftgm1i0/0x4/0x0 0x4100

经测试在本节环境下，只有10M 环回才能正常UP

GMAC网卡驱动分析

查看Kconfig文件，发现该驱动支持Platform和多种SOC以及PCI等方式。

kylin@kylin-GW-001M1A-FTF:~/Workspace/xqzhang/ShangHai-GFSY-klinux/drivers/net/ethernet/stmicro/stmmac$ grep -nr support Kconfig

21:     tristate "STMMAC Platform bus support"

26:       This selects the platform specific bus support for the stmmac driver.

45:     tristate "QCA IPQ806x DWMAC support"

52:       This selects the IPQ806x SoC glue layer support for the stmmac

58:     tristate "NXP LPC18xx/43xx DWMAC support"

66:     tristate "Amlogic Meson dwmac support"

72:       This selects the Amlogic Meson SoC glue layer support for

77:     tristate "Rockchip dwmac support"

84:       This selects the Rockchip RK3288 SoC glue layer support for

88:     tristate "SOCFPGA dwmac support"

95:       This selects the Altera SOCFPGA SoC glue layer support

100:    tristate "STi GMAC support"

107:      This selects STi SoC glue layer support for the stmmac

112:    tristate "Allwinner GMAC support"

118:      This selects Allwinner SoC glue layer support for the

124:    tristate "STMMAC PCI bus support"

130:      This PCI support is tested on XLINX XC2V3000 FF1152AMT0221

lsmod查看当前设备所加载的驱动模块

xqzhang@greatwall:~$ lsmod | grep stmmac

stmmac_platform         9705  1 dwmac_generic

stmmac                 72158  3 dwmac_generic,stmmac_platform

其中dwmac_generic属于驱动匹配入口，支持设备树、ACPI、Platform等匹配方式。

stmmac_platform则是提供设备树、ACPI、Platform等资源信息的获取方式，并提供了PM电源管理的ops。

stmmac为网卡驱动本体，负责probe配置、网卡open等。

stmmac_dvr_probe

在GMAC驱动probe过程中会先读取0x1058硬件功能寄存器，并将其复制给dma_cap，若mac芯片不支持PCS(TBI / SGMII / RTBI PHY 接口))则会遍历phy设备找到对应的phy id然后注册mdio bus.

当CONFIG_DEBUG_FS宏打开时，可通过cat /sys/kernel/debug/stmmaceth/eth0/dma_cap查看硬件功能寄存器中的内容。

stmmac_open

在GMAC的open函数中，如果不支持PCS(TBI / SGMII / RTBI PHY 接口)则先进行phy芯片的初始化工作，在phy初始化的过程中（stmmac_init_phy）如果设备树有定义phy_node(phy_node是通过device tree中的phy_handle构造的)则进行of_phy_connect连接，否则进行phy_connect连接。of_phy_connect和phy_connect差异在于前者已经找到的phy_device，后者需要先通过mdio bus找到phy_device。连接phy的实现主要在phy_connect_direct函数中，该函数共做了以下几步：

phy_attach_direct(attach a network device to a given PHY device pointer)
赋值adjust_link = stmmac_adjust_link，该函数负责监控phy链路状态
phy_start_machine启动PHY状态机跟踪
如果是中断模式，则启用中断

连接过程重点在phy_attach_direct函数中，其会先判断是否匹配到具体的phy driver，若phy driver不存在则会调用通用genphy_driver进行probe和bind操作。之后会调用phy_init_hw进行phy config配置，配置完成后执行phy_resume启用phy设备。phy_init_hw函数中将对phy设备做soft_reset、fixup、config_init等操作，这些操作涉及一系列的phy寄存器操作。在stmmac_init_phy函数的最后会根据接口模式MII或RMII(GMII)设置不同的advertising带宽属性。

无论是否支持PCS，open函数中都要做的是alloc tx rx desc环形缓冲区、配置MAC芯片寄存器stmmac_hw_setup、创建1个stmmac_tx_timer定时器（用于定时清理环形缓冲区）、phy_start启动phy设备、request_irq注册相关中断。

stmmac_hw_setup函数中stmmac_init_dma_engine初始化dma引擎、set_umac_addr配置MAC addr、bus_setup总线配置（可选）、core_init MAC core的初始化、rx_ipc RX IPC Checksum offload启用、stmmac_set_mac启用MAC收发队列、stmmac_dma_operation_mode设置DMA模式、stmmac_mmc_setup设置mac管理计数器、stmmac_init_ptp初始化PTP硬件时钟驱动、start_tx start_rx 启用dma收发队列、rx_watchdog、ctrl_ane。

根据上述分析，在GMAC probe流程中主要对硬件功能寄存器进行读取，驱动根据具体的功能支持情况进行配置。GMAC open流程中phy_init_hw函数中包含了大量phy寄存器的配置，stmmac_hw_setup函数中包含了大量mac寄存器的配置。

stmmac_hw_setup配置解读（待补充）

PHY驱动分析（待补充）

phy_init_hw配置解读（待补充）

PHY标准寄存器解读

phy标准寄存器解读

ETHX日志级别设置

日志级别信息

 enum {

         NETIF_MSG_DRV           = 0x0001,

         NETIF_MSG_PROBE         = 0x0002,

         NETIF_MSG_LINK          = 0x0004,

         NETIF_MSG_TIMER         = 0x0008,

         NETIF_MSG_IFDOWN        = 0x0010,

         NETIF_MSG_IFUP          = 0x0020,

         NETIF_MSG_RX_ERR        = 0x0040,

         NETIF_MSG_TX_ERR        = 0x0080,

         NETIF_MSG_TX_QUEUED     = 0x0100,

         NETIF_MSG_INTR          = 0x0200,

         NETIF_MSG_TX_DONE       = 0x0400,

         NETIF_MSG_RX_STATUS     = 0x0800,

         NETIF_MSG_PKTDATA       = 0x1000,

         NETIF_MSG_HW            = 0x2000,

         NETIF_MSG_WOL           = 0x4000,

 };

 默认的消息级别: 0x0063

 static const u32 default_msg_level = (NETIF_MSG_DRV | NETIF_MSG_PROBE |

                                       NETIF_MSG_LINK | NETIF_MSG_IFUP |

                                       NETIF_MSG_IFDOWN | NETIF_MSG_TIMER);

打印rx ring desc

sudo ethtool -s enaftgm1i0 msglvl   0x0800

关闭日志打印

sudo ethtool -s enaftgm1i0 msglvl   0x0000

恢复默认的日志级别

sudo ethtool -s enaftgm1i0 msglvl   0x0063

该日志信息可通过dmesg -w查看。

收发队列描述符查看

通过cat /sys/kernel/debug/stmmaceth/eth0/descriptors_status

以太网层图例

简单图解OSI七层网络模型

巴特西

GMAC网卡相关介绍与分析

GMAC网卡相关介绍与分析

环境描述

MII

MII

RMII

GMII

RGMII

SGMII

GMAC网卡信息获取方法

获取GMAC网卡信息

查看PHY工作接口模式

获取PHY ID

MAC芯片

读写MAC寄存器的方法

读MAC寄存器

写MAC寄存器

MAC环回配置

PHY芯片

CPU读写phy方法（待更新）

mdio读写phy寄存器

读phy设备基础信息

读PHY设备寄存器

写PHY设备寄存器

Atheros 8035 强制千兆百兆十兆配置方式

PHY环回配置

GMAC网卡驱动分析

stmmac_dvr_probe

stmmac_open

stmmac_hw_setup配置解读（待补充）

PHY驱动分析（待补充）

phy_init_hw配置解读（待补充）

PHY标准寄存器解读

ETHX日志级别设置

收发队列描述符查看

以太网层图例

最新文章

热门文章